Aula Oxidações Biológicas pdf

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Oxidações Biológicas
Ciclo de Krebs e Cadeia 
Respiratória
Cadeia transportadora de elétrons
Fosforilação Oxidativa
Profa. Dra Luciana Lopes S Pereira
Bioquímica 
Metabolismo
O metabolismo é a soma de todas as transformações químicas que
ocorrem nos organismos vivos. São milhares de reações
bioquímicas catalisadas por enzimas.
Anabolismo. São os processos biossintéticos a partir de moléculasAnabolismo. São os processos biossintéticos a partir de moléculas
precursoras simples. As vias anabólicas geralmente são processos
endergônicos e redutivos que necessitam de fornecimento de
energia.
Catabolismo. São os processos de degradação das moléculas
orgânicas nutrientes e dos constituintes celulares que são
convertidos em produtos mais simples com a liberação de energia.
As vias catabólicas são processos exergônicos e oxidativos.
Anabolismo
Vias anabólicas = redutoras = ganha elétrons
Endergônicas
Catabolismo
Vias catabólicas = oxidativas = libera elétrons
Exergônicas
Respiração fisiológica X Respiração celular
C6H12O6 + O2 6 CO2 + 6 H2O + energia 
Quantos ATPs são 
produzidos?5
Fonte: Material elaborado pela 
Dra. Francislene G. de Freitas 
Reis
Fonte: Material elaborado pela Dra. Francislene G. de Freitas Reis
Onde acontece as oxidações biológicas?
7
Fonte: Material elaborado pela 
Dra. Francislene G. de Freitas 
Reis
Visão geral do metabolismo
CICLO DE KREBS
Metabolismo energético: visão geral
LIPÍDEOSAMINOÁCIDOS Piruvato
CARBOIDRATOS
Energia+H2O+CO2
Corpos cetônicosAcetil CoA 
CO2
Quais os 
destinos do 
piruvato?
CoA
C
CH3
O
O O-
ácido pirúvico
-SH NAD
NADHTPP, lipoato,
FAD
Complexo da piruvato
CO2
C
SO
CH3
-CoA
+C
Acetil CoA
ou piruvato
desidrogenase
CICLO DE KREBS
CICLO DE KREBS
EQUAÇÃO GERAL
AcetilCoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O →2 CO2 + 3 NADH + 2H+ + FADH2 + GTP + HSCoA
CICLO DE KREBS
Descarboxilação
Oxidativa
ENZIMAS
(Classificação não oficial)
CLASSIFICAÇÃO REAÇÃO CATALISADA
Desidrogenases Remoção de H do substrato: o receptor é ≠ do oxigênio
Oxidases Oxidação do substrato: oxigênio é o receptor de elétrons
Hidroxilases Introdução de OH no substrato: O2 fornece oxigênio
Oxigenases Introdução de O2 simultânea à quebra de ligação C-C 
Quinases Transferência de fosfato de ATP (ou outro) ao substrato
Tioquinases Formação de tioésteres a partir de ác. Carboxílicos c/ quebra ATP
Fosfatases Hidrólise de ligações ésteres do ácido fosfórico
Fosforilases Adição de H3PO4 à ligações glicosídicas com ruptura das mesmas
Transferases Transferência de grupos entre dois substratos
Mutases Migração de um grupo fosforil de um OH para outro na molécula
Sintetases União de 2 moléculas com quebra de ATP (ou outro)
CICLO DE KREBS
1. Formação da acetil-CoA a partir do piruvato pelo 
complexo piruvato desidrogenase: 
CoA
O O -
SH NAD
NADHTPP, lipoato,
CO2
SO -CoA
+C
Descarboxilação Oxidativa do 
Piruvato
CoA
C
CH3
O
ácido pirúvico
-SH NAD
NADHTPP, lipoato,
FAD
Complexo da piruvato
C
SO
CH3
-CoA
Acetil CoA
ou piruvato
desidrogenase
Reação altamente 
exergônica:
IRREVERSÍVEL
CICLO DE KREBS
� 2. Formação do citrato pela citrato 
sintase: 
CH2 COO
-
C COO-HO
SH-CoAH2OCO COO-O
Citrato
C COO-
CH2 COO
-
HO
cintasecitrato
2
Oxaloacetato
CO COO
CH2 COO
-
+CH3 C
O
S CoA
Acetil CoA
CICLO DE KREBS
� 3. O citrato é isomerizado a isocitrato pela aconitase:
CICLO DE KREBS
� 4. O isocitrato é oxidado e descarboxilado pela isocitrato 
desidrogenase: 
isocitrato desidrogenase
CO2+
COO-
CH2 COO
-
C H
C
HC COO
-H
COH
H++NADH NAD+CH2 COO
-
COO- isocitrato desidrogenase
cetoglutarato-α
COO-C
O
COH
H
Isocitrato
COO-
CICLO DE KREBS
� 5. Descarboxilação oxidativa do ∝-cetoglutarato 
pela ∝-cetoglutarato desidrogenase: 
CH2 COO
-
NAD+ NADH +H
+ CH2 COO
-
C H
C
O
H
CH2 COO
COO-
α - cetoglutarato
CoA-SH
NAD+ NADH +H
+ CH2 COO
-
C H
C S CoA
O
H
Succinil -CoA
+
complexo da
α-cetoglutarato
desidrogenase
CO2
CICLO DE KREBS
� 6. Ligação fosfato de alta energia é produzida a partir de succinil-
CoA pela tioquinase succínica ou succinil CoA sintetase: 
COO-
SHCoAGTPC HH
CH2 COO
-
tioquinase succínica
Succinato
C H
C
COO-
H
H H
SH-CoAGTPPi+GDP
CoA-Succinil
C H
C S CoA
O
H
GTP + ADP Mg
+
nucleosídeo difosfato
quinase
GDP +ATP
CICLO DE KREBS
� 7. Oxidação do succinato a fumarato pela succinato 
desidrogenase:
H++FADHFADC H
COO-
C H
COO-
desidrogenase
succinato
Fumarato
FAD
Succinato
C H2
C H2
COO-
C H
C
COO-
H
COO-
CH2
COO-
malonato
CICLO DE KREBS
� 8. Hidratação do fumarato a ∝-malato pela 
fumarase: 
COO-
H2O COO
-
Fumarato
C H
C
COO-
H
H2O
Fumarase
L - malato
H
OH
C
COO-
H
COO
HC
CICLO DE KREBS
� 9. Oxidação do malato a oxalacetato pela malato 
desidrogenase: 
H++NADHNAD+
OH
COO-
HC
COO-
C O
desidrogenase
malato
Oxaloacetato
H
OH
C
COO-
H
HC
malato-L
HC
COO-
H
C O
O oxaloacetato recuperado está pronto para participar da 
oxidação de outra molécula de acetil-CoA.
CICLO DE KREBS
Estequiometria
CH3COCOOH + 2 ½ O2 →→→→ 3 CO2 + 2 H2O
COO-
COO-
COO-
COO-
COO-
H2C 
H2C 
C
O
H2C 
HO C
H
 
H3C C
O
SCoA
CHO
COO-
COO-
COO-
H2C 
H2C 
H2O
CoA
H2O
NAD+
+
H+
NADH Acetil CoA
Citrato
Malato
Oxaloacetato
CICLO
Consumo de O2
Existem cinco passos de oxidação:
� Reação 1 → piruvato desidrogenase
� Reação 4 → isocitrato desidrogenase
� Reação 5 → ∝ cetoglutarato desidrogenase
� Reação 7 → succinato desidrogenase
� Reação 9 → malato desidrogenase
COO-
COO-
COO-
COO-COO-
COO-
COO-
COO-
HO C
H
H2C 
H2C 
O=C
C
C
C
H2
O SCoA
H2C 
H2C 
C
C
COO-
NAD+
NADH H++ CO2
NAD+
+
H+
NADH
CO2
CoA
CoA
GTP
GDP Pi+
FAD
FADH2
HC
Isocitrato
Cetoglutarato-α
Succinil CoA
Succinato
Fumarato
H
H KREBS
CICLO
DE
CICLO DE KREBS
EQUAÇÃO GERAL
AcetilCoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O →2 CO2 + 3 NADH + 2H+ + FADH2 + GTP + HSCoA
� Balanço energético
Acetil CoA
3 NADH = 3 x 2,5ATPs = 7,5 ATPs;
1 FADH2 = 1 x 1,5ATPs = 1,5 ATPs;
1 GTP = 1 ATP = 1 ATP;
TOTAL = 10 ATPs
1 glicose = 2 acetil CoA
1 GLICOSE = 20 ATPs
Funções
Produzir CO2, GTP, Coenzimas Reduzidas e Compostos Intermediários 
para Reações de Biossíntese
Via anfibólica
(serve tanto a processos catabólicos quanto anabólicos) 
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ENERGIA
C16H32O2 + 23O2 → 16CO2 + 16H2O + ENERGIA
(ENERGIA: substâncias ou calor)
ENERGIA 
DAS
OXIDAÇÕES
Energia para
Processos
endergônicos
Constituintes 
dieta → celulares
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
OXIDAÇÕES
Elétrons Energia
Cadeia respiratória acoplada à fosforilação 
oxidativa
Elétrons Energia
Transporte até O2
Fosforilação do ADP
∆
 
 G°' = + 7300 Cal/Mol
ATP + H 2O ADP + P
Conjunto de proteínas que fazem o transporte de elétrons dos
equivalentes redutores (NADH, FADH2) para o oxigênio molecular,
com liberação de energia livre a ser armazenada na molécula do ATP -
Cadeia Respiratória
ou
Cadeia transportadora de elétrons
com liberação de energia livre a ser armazenada na molécula do ATP -
Fosforilação oxidativa
31
Fonte: Material elaborado pela 
Dra. Francislene G. de Freitas 
Reis
OXIDAÇÕES BIOLÓGICASOXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
FAD
Succinato
Piruvato FAD
Cetoglutarato-α
Cadeia de transporte de elétrons (respiratória) acoplada à fosforilação oxidativa
CO
H2S
CN-Antimicina A
Rotenona
Amital
fosfoglicerol-3Acil CoA
FAD
ATPATPATP
) O2a3+CoQ Cit b Cit c1 Cit c Cit (aFMNNAD
+
CoA-Hidroxiacil
Glutamato
Isocitrato
Malato
-
IMPORTANTE: 1 NADH = 2,5 ATPs e 1 FADH2 = 1,5 ATPs
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS
Classes de componentes de oxidação-redução
� desidrogenases que requerem NAD+ (piridinonucleotídeos) 
como coenzima;
� desidrogenases que requerem FMN ou FAD 
(flavinonucleotídeos) como grupos prostéticos;
� citocromos, que contêm Ferroporfirinas como grupos 
prostéticos (b, c1, c, a, a3);
� coenzima Q (ubiquinona), benzoquinonas com grupos 
isoprênicos;
� proteínas ferro-enxofre.
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
NICOTINAMIDA NUCLEOTÍDEOS
H
O HH
A
H
H
+
N
R
C
O
NH2 A +
N
R
C
O
NH2
HH
Substrato
reduzido
Substrato
oxidado
NAD+ NADH + H+
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
FLAVOPROTEÍNAS
N
NH
H
H3C
OH
N
NH
H
H3C
O
FMNH2
N N
NHH3C
H3C
H
O
CH2
C
C
OH
OH
C OHH
CH2OPO3
H
H
H
+
FMN
H
H
N N
NHH3C
H3C
H
O
CH2
C
C
OH
OH
C OHH
CH2OPO3
H++NADH
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
COENZIMA Q (QUINONAS)
O CH
O
CH
OH
O
O
CH3
R
O
CH3
CH3
CoQ
+ FMNH2
O
O
CH3
R
CH3
CH3
OH
CoQH2
+ FMN
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
CITOCROMOS
N
N
N
N Fe
CH CH2CH3
CH3
CH3
CH2CH2COO
-
CH2 CH CH2 CH
CH2CH2COO
-
CH3
CH3
CH3
N
N
N
N Fe
CHCH3
S Cys
CH2CH2COO
-
CH3
nos citocromos do tipo b
protoporfirina férrica
2 2
CH3 CH2CH2COO
-
CH3
Heme C
no citocromo c
CH2CH2COO
-
CH2CH2COO
-
CH3
CH3
CH3 CH CH2
N
N
N
N Fe
CHO
CHCH2
CH3CH3CH3
OH
CH3
Heme A
nos citocromos do tipo a
( )
)(
( )
Espaço intermembranoso
Q
Fe-S
FMN
4 H+
Complexo I
NADH desidrogenase (NADH-Coenzima-Q 
redutase)
NADH + H+ NAD
40
Fonte: Material elaborado pela 
Dra. Francislene G. de Freitas 
Reis
Espaço 
intermembranoso
Q
Fe-S
FMN
4 H+
FAD
Fe-S
Cit b
Complexo II
Succinato desidrogenase
NADH + H+ 
NAD
Succinato Fumarato
41
Fonte: Material elaborado pela 
Dra. Francislene G. de Freitas 
Reis
Espaço 
intermembranoso
Q
Fe-S
FMN
Cit c
4 H+ 4 
H+
Cit 
c1
Fe-S
Cit b
FAD
Fe-S
Cit b
Complexo III
Coenzima-Q – citocromo c-redutase
NADH + H+ NAD Succinato Fumarato 
Cit b
42
Fonte: Material elaborado pela 
Dra. Francislene G. de Freitas 
Reis
Espaço 
intermembranoso
Q
Fe-S
FMN
Cit c
4 H+ 4 
H+
2 
H+
Cit c1
Fe-S
Cit b
Cit a
Cit 
a3
FAD
Fe-S
Cit b
Complexo IV
Citocromo-oxidase
NADH + H+ NAD Succinato Fumarato ½O2 + 2H+ H2O
2e-
43
Fonte: Material elaborado pela 
Dra. Francislene G. de Freitas 
Reis
Espaço intermembranoso
- -
Q
Fe-S
FMN
Cit c
4 H+ 4 
H+
2 
H+
Cit c1
Fe-S
Cit b
Cit a
Cit a3FADFe-S
Cit b
Complexo V
ATP sintase
NADH + H+ NAD Succinato Fumarato
- -
2e-
½O2 + 2H+ H2O
44
Fonte: Material elaborado pela 
Dra. Francislene G. de Freitas 
Reis
Espaço intermembranoso
H+
+
-
-
-
-
- -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- -
-
Q
Cit a
Cit a3
Fe-S
FMN
+ + + + +
+ + + + + + +
+ + + +
4 H+ 2 
H+
4 
H+
Cit c
Cit c1
Fe-S
Cit bFAD
Fe-S
Cit b
H+
F0
F1
+
+ +
+
+
-
-
Complexo I
NADH-
Coenzima-Q 
redutase (NADH 
desidrogenase)
Complexo II
Succinato-
Coenzima-Q 
redutase 
(succinato 
desidrogenase)
Complexo III
Coenzima-Q -
citocromo c -
redutase
Complexo IV
Citocromo-
oxidase
Complexo V
ATP sintase
NADH + H+ NAD Succinato Fumarato
H+
- - -
- -
ADP + Pi ATP
2e-
F1
½O2 + 2H+ H2O
-
Fonte: Material elaborado pela 
Dra. Francislene G. de Freitas 
Reis
“A oxidação de componentes da cadeia respiratória durante o transporte 
de elétrons gera H+ que são ejetados para fora da membrana mitocondrial 
interna, produzindo diferenças de potenciais químico (∆pH) e elétrico 
(∆Ψ)”
Modelo Quimiosmótico
Direciona a síntese de ATP quando os prótons fluem passivamente de 
volta para a matriz, através de um canal de prótons associado à ATP 
sintase
Força próton motriz
Peter 
Mitchell 
(1920-1992)
46
Fosforilação oxidativa: hipótese quimiosmótica
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
CONSIDERAÇÕES
- Gradiente eletroquímico (pH e elétrico);
- Fosforilação oxidativa: síntese de ATP (energia?) (aerobiose);
- Pouco oxigênio: dificulta o transporta de elétrons;
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
- Pouco oxigênio: dificulta o transporta de elétrons;
- Velocidade: relação ATP/ADP e oxigênio;
- Respiração celular: transporte de elétrons pela cadeia;
- Relação P/O: NADH + H+ (2,5) e FADH2 (1,5).
Balanço parcial: ciclo de Krebs e cadeia transportadora de elétrons
Local Descrição Produtos ATPs
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
Local Descrição Produtos ATPs
Mitocôndria Piruvato → AcetilCoA NADH + H+ (1) 2,5
Mitocôndria Ciclo de Krebs NADH + H+ (3) 7,5
Mitocôndria Ciclo de Krebs FADH2 (1) 1,5
Mitocôndria Ciclo de Krebs ATP (GTP) (1) 1
SALDO 12,5
1 Glicose → 2 Piruvato 25
Substâncias que interferem na cadeia de transporte de elétrons
Inibidores da cadeia de 
transporte de elétrons
Inibidores da 
fosforilação oxidativa
Desacopladores da 
cadeia de transporte de 
elétrons
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
amital oligomicina 2,4-dinitrofenol
rotenona hormônios tireoidianos
cianeto leptina
monóxido de carbono termogenina
gás sulfídrico
FAD
Succinato
Piruvato FAD
Cetoglutarato-α
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
INIBIDORES da cadeia de transporte de elétrons (respiratória)
CO
H2S
CN-Antimicina A
Rotenona
Amital
fosfoglicerol-3Acil CoA
FAD
ATPATPATP
) O2a3+CoQ Cit b Cit c1 Cit c Cit (aFMNNAD
+
CoA-Hidroxiacil
Glutamato
Isocitrato
Malato
-
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS
Desacopladores: são substâncias que vão bloquear ou
inibir a síntese de ATP, sem paralisar o fluxo de
elétrons
Aumento do consumo de oxigênio e da oxidação das coenzimas e CALOR!!!
Referências Bibliográficas
KATZUNG, B.G. Farmacologia Básica e
Clínica. 10ª edição. Rio de Janeiro: MacGraw-
Hill. 2010, 1003p.
LEHNINGER, A. L.; NELSON, D. L.; COX, M.
M. Princípios de Bioquímica. 4ª edição. São
Paulo: Sarvier, 2004, 1119p.
MOTTA, V. T. Bioquímica Clínica: Princípios e
Interpretações. EDUCS. 2002, 419p.
MOTTA, V. T. Bioquímica Básica. EDUCS.
2005, 374p.
MURRAY, R. K. et al. Harper’s Illustrated
Biochemistry. 27ª edição. MacGraw-Hill
Companies, 2006.